【nature】生命如何迈出“组团”第一步？这五种神秘微生物藏着动物起源的密钥

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对于我们多细胞生物而言，从一个受精卵发育成拥有无数特异细胞的复杂个体，似乎是天经地义的事。但在地球生命史长达三十亿年的时间里，单细胞生物才是绝对的主角。直到大约十亿年前，生命才开启了“团队合作”的新篇章，最终演化出动物、植物和真菌等复杂生命形式。

研究表明，多细胞性在生命树中至少独立演化出了40次之多。但在动物界，这关键的一跃似乎只发生了一次。那么，第一个动物是如何从单细胞祖先演化而来的？答案可能就藏在一些至今仍存在的、古老的单细胞“亲戚”身上。

改写认知的发现：工具早已备好

早在21世纪初，科学家们就有了颠覆性的发现。传统观点认为，需要演化出一大批新基因来获得细胞粘附、细胞间通讯和协同基因表达（导致细胞特化）这些多细胞性的关键能力。但研究发现，一些单细胞生物竟然也拥有大量在动物多细胞功能中扮演核心角色的蛋白质基因！

这意味着，构建多细胞生物所需的“分子工具箱”早在第一只动物出现之前就已经存在了。这彻底改写了我们对动物起源的认知。

关键“演员”：动物的单细胞近亲

现在，一个由科学家组成的小型社区正致力于研究十几种这类生物。它们都属于真核生物（拥有细胞核），并且是动物的近亲，主要包括：领鞭毛虫 (Choanoflagellates)、鳍毛虫 (Filastereans)、鱼孢虫 (Ichthyosporeans) 和 珊瑚壶虫 (Corallochytreans)。它们中的许多都会偶尔形成集群， “预演”着多细胞的生活。

图片来源nature

这些生物形态各异，生命周期和基因组成也千差万别。通过比较研究它们，科学家才能拼凑出动物起源的更完整图景。下面让我们认识其中的五位“明星”，它们各自为我们揭示了通往多细胞之路的一种可能。

1. 领鞭毛虫 · 顶级模型（Salpingoeca rosetta）

领鞭毛虫是动物现存最近的亲戚，大约在6亿多年前分道扬镳。单细胞的Salpingoeca rosetta长得很有特点：一个球状细胞体，顶着一圈领状的微绒毛，还拖着一条长长的鞭毛，用它来捕捉细菌。

在特定环境条件下（比如遇到某种细菌的分泌物），它的子代细胞会通过克隆分裂形成美丽的玫瑰形集群（rosette），所有鞭毛一致向外摆动。它甚至还有其他多细胞形态和自由生活的细胞类型，可塑性极强。

它已成为该领域的“顶级模型”，拥有最成熟的基因操作工具（如CRISPR），让科学家能直接验证哪些基因对多细胞性至关重要。

2. 鳍毛虫 · 聚集大师（Capsaspora owczarzaki）

Capsaspora owczarzaki 属于鳍毛虫纲，它比领鞭毛虫更早地从动物共同祖先中分离出来。它大部分时间像阿米巴原虫一样独居，但环境信号能触发它们聚集、融合成巨大的细胞团。

这种通过聚集（aggregation） 而非克隆分裂形成多细胞结构的方式，为科学家提供了新思路。动物的胚胎发育是克隆分裂，避免了细胞间的遗传冲突，因此人们曾认为演化路径也必然如此。但聚集在真核生物中很常见，或许它在动物起源中也扮演过重要角色。它的基因组里也充满了多细胞性相关基因，甚至有一些是领鞭毛虫没有的。

3. 领鞭毛虫 · 双料玩家（Choanoeca flexa）

Choanoeca flexa 这个物种的发现充满了偶然和惊喜。科学家在库拉索岛的潮汐池水样中发现了它。它的细胞也能形成单层杯状片层结构，更神奇的是，它们能在几秒钟内响应光线变化，像雨伞一样整体翻面！

它的多细胞策略更加“灵活”：既可以通过克隆分裂，也可以通过聚集形成集群，有时甚至“双管齐下”。研究人员发现，在潮汐池剧烈变化的环境（如盐度急剧升高）中，它更倾向于使用聚集策略。这种“混合模式”表明，环境压力可能是驱动多细胞演化的重要力量，这些微生物的“创造力”超乎我们的想象。

4. 鱼孢虫 · 上镜亲戚（Sphaeroforma arctica）

鱼孢虫纲与动物的亲缘关系更远一些。它们有细胞壁，很多是寄生或共生的。Sphaeroforma arctica 的优点是“非常上镜”：它不动、总是球形、生命周期非常精确。

它通过一种称为多核体发育（coenocytic development） 的方式进入多细胞阶段：一个细胞的核不断分裂，产生多个核，最后细胞膜内折，将每个核分别包裹成新细胞。这个过程与昆虫的胚胎发育有相似之处，且涉及一些类似的基因，暗示某些发育程序在动物出现之前就已诞生。

5. 鱼孢虫 · 发育之镜（Chromosphaera perkinsii）

Chromosphaera perkinsii 是另一个鱼孢虫物种。当科学家首次观察到它形成多细胞体的过程时，几乎以为自己看到的是老鼠胚胎的早期快速分裂！它通过克隆分裂形成超过1000个细胞的集群。

更令人惊讶的是，它的多细胞集群包含两种细胞类型，并且这些细胞在空间上呈现出有组织的、特定的排列方式。这种跨空间的组织能力是实现细胞功能分化的基础，也是形成复杂生物形态的核心。它为我们理解生物形态如何涌现提供了绝佳模型。

黄金时代：合作探索生命的奥秘

这些模型生物所展示的多细胞策略之丰富，令人惊叹。科学家们正处在研究的“黄金时代”，他们充满热情地合作，致力于回答这些根本性问题：动物的第一次“组团”成功，究竟是克隆分裂、聚集，还是二者共同作用的结果？那些古老的发育程序是如何被招募并改造的？

对这些微小而古老的生命的每一次探索，都在帮助我们更深刻地理解自身——这个由数万亿细胞精密协作构成的、名为“人类”的复杂奇迹，其起源的故事，正慢慢变得清晰起来。

参考资料：https://www.nature.com/articles/d41586-025-02635-2